גילוי כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש? בשביל זה יש קמרה אובסקורה

אם ימקמו בחלל יריעת ענק ובתוכה חור, כפי שמציע פרופ' ובסטר קאש, האם יהיה אפשר לצפות בכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש?

אוריאל בריזון

קוטרה של היריעה יהיה כמה מאות מטרים. במרכזה יהיה חור בקוטר עשרה מטרים. במרחק של כ-200,000 קילומטר ימוקם הטלסקופ. הדמיה: פרופ' ובסטר קאש

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/holeplantes0105.html

לגלות בחלל כוכב לכת דומה לכדור הארץ, שיכולים להתקיים בו חיים – זהו החזון שמניע אסטרונומים רבים. לדברי חוקרים, הטכנולוגיה שתאפשר לממש את החזון הזה תבשיל בשני העשורים הקרובים. אבל הפרופסור ובסטר קאש מאוניברסיטת קולורדו לא מוכן לחכות. המערכת שתיכנן לצילום עולמות רחוקים מבוססת על טכנולוגיה שכבר הומצאה, לא לאחרונה אלא לפני אלפי שנים: היא מוזכרת בכתביו של אריסטו וברשימות של חכמי סין העתיקה מהמאה החמישית לפני הספירה.

העיקרון פשוט ביותר: חור קטן בדופן של תיבה גורם להטלת תמונה על הדופן המקבילה. זוהי אחת התופעות הבסיסיות באופטיקה, שהחל מהמאה ה-17 מכונה “קמרה אובסקורה”. ממושג זה נגזר שמו של המכשיר המודרני שעושה שימוש בתופעה: המצלמה. המצלמות הראשונות היו תיבות סגורות שבצדן האחד חור קטן ובדופן האחורית לוח צילום שעליו התקבלה התמונה.

פרופ' קאש מציע לבנות גרסה ענקית של המצלמות הפשוטות הללו, שתורכב משני לוויינים שינועו בחלל. הלוויין הראשון יפרוס יריעה דקה ואטומה בקוטר של כמה מאות מטרים שתשמש מסך. במרכזו של “מסך הכוכבים” הזה, כפי שמכנה אותו קאש, יהיה חור בקוטר עשרה מטרים שדרכו יעבור האור. במרחק של כ-200 אלף קילומטר מהמסך ינוע הלוויין השני, שעליו יותקן טלסקופ, והוא יצפה דרך החור שבמסך. על פי חישוביו של קאש יוכל הטלסקופ להבחין בכוכבי לכת במרחק של מיליארדי קילומטרים מכדור הארץ.

בשיטות הקיימות כיום כמעט בלתי אפשרי לצפות בכוכבי לכת מרוחקים, וזאת בשל קרבתם לכוכב האם, המאיר באור חזק ומפריע לתצפיות. עד היום התגלו כ-150 כוכבי לכת הנעים סביב שמשות רחוקות. הדבר נעשה בעזרת שיטות תצפית עקיפות, המודדות שינויים בתנועתו של כוכב האם ובאור המגיע ממנו. צוותי מחקר שונים מנסים לתכנן מערכות מתקדמות שיאפשרו תצפית ישירה בכוכבי לכת ובחינת מרכיביהם. הרעיון שמעלה קאש שונה מאלה של קבוצות המחקר הגדולות. הוא קורא להשתמש בטכניקה האופטית הפשוטה של הקמרה אובסקורה ולנצל את המרחבים הגדולים שבהם ניתן למקם לוויינים בחלל במקום לנסות ולפתח מכשירים אופטיים מדויקים ומורכבים מאוד.

לדברי קאש, כאשר יכוונו את מסך הכוכבים אל כוכב מרוחק, יעבור האור מכוכב זה דרך החור שבמסך ויגרום ליצירת דמות של הכוכב וסביבתו הקרובה. אם היינו משגרים לוח צילום ענק לחלל וממקמים אותו מאחורי מסך הכוכבים, היתה מתקבלת עליו תמונה של הכוכב – כמו במצלמה. ככל שלוח הצילום רחוק יותר מהמסך, התמונה שמתקבלת גדולה יותר. כדי לאפשר זיהוי של כוכב לכת יש להתגבר על אור הכוכב שסביבו הוא חג, ולכן יש ליצור תמונה גדולה מאוד, שבה יהיה אפשר להבחין בין הכוכב לכוכב הלכת.

אלא שלוח הצילום שצריך לשגר לחלל כדי לעשות זאת חייב להיות בגודל של אלפי מטרים רבועים, והדבר בלתי אפשרי. החלופה שקאש מציע היא למקם לוויין בנקודה בחלל שבה היינו ממקמים את הלוח. כאשר הטלסקופ בלוויין זה מכוון לעבר החור במסך, חלק מהתמונה הגדולה המוקרנת אל סביבתו – מוטלת עליו. לפי תוכניתו של קאש, הטלסקופ ינוע על מישור התמונה הענק כאילו היה נמלה שהולכת על גבי לוח צילום בדופן האחורית של מצלמה. באמצעות תנועת סריקה במישור התמונה בחלל ניתן להרכיב את התמונה הגדולה – זו שהיתה מתקבלת על לוח הצילום הדמיוני הענק.

פרופ' קאש מנוסה מאוד בתכנון לווייני מחקר. הוא הוביל צוותי מחקר בכמה פרויקטים של נאס”א ועומד כיום בראש המכון לאסטרופיסיקה באוניברסיטת קולורדו. קאש מודע לבעיות ההנדסיות הכרוכות בתוכניתו, אלה הקשורות לפריסת מסך הכוכבים, שמירת הזווית המדויקת בין המסך לטלסקופ ואפילו תכנון וייצור היריעה והטלסקופ. למרות הקשיים הוא משוכנע שהעקרונות האופטיים שבבסיס התוכנית מוצקים וכי אפשר להתגבר על המכשולים ההנדסיים. אלא שכאשר הציג את תוכניתו להנהלת נאס”א, נתקל בגישה ספקנית. למרות המוניטין שלו כמדען מוביל, נתפשו רעיונותיו כבעייתיים – לטענתו, בשל החדשנות שבהם ובשל היותם תוצאה של “חשיבה מחוץ לקופסה”.

למזלו של קאש, בנאס”א פועל מכון המחקר Institute for Advanced Concepts NASA) NIAC) שכל ייעודו השארת חלון פתוח לרעיונות והצעות שהדלת הראשית נטרקה בפניהם. דומה שבסוכנות החלל האמריקאית יודעים שלעתים פריצות הדרך טמונות דווקא ברעיונות שנראים מוזרים ומופרכים. לאחר שנים של פעילות מצומצמת קיבל באחרונה המכון מימון נוסף, וזאת לאור חזון החלל החדש שהציג הנשיא בוש בשנה שעברה, המדבר על נחיתות מחודשות על הירח ועל תכנון משימה מאוישת למאדים.

בספטמבר 2004 זכתה הצעת המחקר של קאש למימון ראשוני מצומצם של כ-75 אלף דולר מהמכון. תקציב זה ישמש אותו כדי לבצע בדיקות ראשוניות ולהראות שרעיונותיו אכן עומדים במבחני היתכנות מדעיים והנדסיים. בהתאם לממצאי שלב המחקר ראשוני תחליט הנהלת NIAC אם להעניק לקאש מימון נוסף של 300 אלף דולר. זהו תקציב שיאפשר הכנה של תוכניות מפורטות ללוויינים ועשוי לסלול את הדרך למימוש המשימה. התוצאות יוגשו במארס השנה וההחלטה אמורה להתקבל שבועות אחדים לאחר מכן.

לדברי קאש, באמצעות מסך החלל וטלסקופ לווייני אחד יהיה אפשר להבחין בכוכבי לכת רחוקים ולקבוע את הרכב האטמוספירה שלהם. כדי לייצר תמונה מפורטת של כוכבי לכת מרוחקים יהיה צורך בשילוב של שני מסכי חלל, שני טלסקופים ולוויין נוסף לשילוב התצפיות. זהו השלב המתקדם של הפרויקט, ומימושו יהיה תלוי בהצלחת צמד הלוויינים הראשון. התמונה שתתקבל מהמערכת המתקדמת תאפשר להבחין בפרטים על פניו של כוכב הלכת, כמו אוקיינוסים ויבשות, עננים, פסגות מושלגות ועמקים. קאש טוען, שאם נשקיע את המשאבים הנדרשים ניתן יהיה לבנות מערכת שתאפשר לראות פרטים קטנים עוד יותר על פני הקרקע של עולם מרוחק. אולי אפילו יישובים.

ידען כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש
המאמר פורסם ב”הארץ”
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~65957794~~~54&SiteName=hayadan